BATTERIA AD IDROGENO
Reba S.r.l.
Via Pillea 1716153 Genova GETel 010 6505646Fax 010 6505850
Divisione Fuel CellsIng. Andrea BalliCell 329 1685469
[email protected]/fuelcell
LAZIENDA REBA S.R.L. Dal 1963 nel campo dellenergia in corrente
continua
Nata nel 1963 come filiale della multinazionale VARTA,
recentemente inserita nel colosso americano ENERSYS - HAWKER, la
Reba S.r.l. si connota come Agenzia nel 1972 e da oltre trenta anni
opera nel settore degli accumulatori industriali.
Reba, Ricambi Elettrici Batterie Avviamento, permane e si
espande in Liguria e basso Piemonte, raggiungendo una leadership
indiscussa per qualit di prodotto, servizi offerti e capillarit
strutturale.
La sede legale e operativa, sita a Genova in Via Pillea 17, si
estende per 700 metri quadri coperti ed ha a disposizione tre
furgoni attrezzati per lassistenza.
La Reba, mandataria e concessionaria di accumulatori industriali
e raddrizzatori, si rivolge ai trasporti interni delle aziende ed
agli impianti di sicurezza. Negli ultimi anni gli obiettivi
principali sono concentrati sul service, consegnando
allutilizzatore finale un pacchetto chiavi in mano; questo
significa dare risposte pronte e competenti ad una clientela sempre
pi esigente, passando dalla diagnostica alla soluzione del
problema, dallinstallazione alla manutenzione post-vendita. E
questa offerta full service, che ci contraddistingue e ci rende
assolutamente competitivi sul mercato.
La dinamica struttura societaria della Reba, avvalendosi dei
prodotti altamente innovativi HAWKER - VARTA, segue e talora
precede le notevoli trasformazioni nella movimentazione interna
degli stabilimenti, nella gestione della logistica e, con le
batterie stazionarie, soddisfa le varie esigenze legate agli
impianti di sicurezza e allarme.
Il nostro obiettivo a lungo termine, quello di acquisire le
competenze necessarie per diventare leader, nei campi delle celle a
combustibile e delle energie rinnovabili.
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IDROGENO Lelemento pi leggero e diffuso in natura diventer il
combustibile del futuro
Cos
In chimica lidrogeno (H) il pi piccolo e leggero elemento della
tavola periodica ed costituito da un elettrone (carica negativa)
che orbita attorno al nucleo composto da un protone (carica
positiva).
Malgrado sia lelemento pi comune nelluniverso, a causa della sua
elevata reattivit, si trova quasi sempre legato ad altre sostanze,
come ad esempio lacqua, il gas naturale e ad altri idrocarburi.
Lidrogeno considerato il combustibile del futuro: le sue
particolari caratteristiche ne fanno una fonte denergia ideale. E
compatibile con lambiente in quanto il suo utilizzo non produce
emissioni inquinanti ed ha il pi alto contenuto energetico per unit
di massa fra tutti i combustibili. A temperatura ambiente un gas
incolore, inodore e praticamente insolubile in acqua. Esso non pu
essere definito una fonte energetica in quanto la sua produzione
deriva dallelaborazione di altri prodotti; per questo motivo viene
pi correttamente classificato come vettore energetico (come la
benzina, il gasolio ed il gpl).
Lambito emergente di utilizzo dellidrogeno il settore delle fuel
cells, nel quale viene impiegato per produrre energia elettrica con
alti rendimenti e nessun inquinamento.
Come si produce
A livello industriale lidrogeno un gas di grande importanza,
usato come materia prima in un gran numero di operazioni chimiche,
esso viene ricavato principalmente dagli idrocarburi, mediante
reforming o altri processi di conversione chimica, sia dal carbone
mediante gassificazione.
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Lidrogeno pu essere ottenuto anche dallacqua tramite elettrolisi
o da fonti rinnovabili come le biomasse ed i rifiuti organici,
anche se con costi ancora molto alti.
La produzione didrogeno tramite elettrolisi dellacqua
utilizzando energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili
(eolico, fotovoltaico, idroelettrico) una soluzione totalmente
priva di emissioni ed oggetto di studi da parte di molti enti.
Come si gestisce
Lidrogeno viene immagazzinato in tre modi:
Allo stato gassoso in bombole ad alta pressione (300-700
bar)
Allo stato liquido in bombole refrigerate (criogenia)
Attraverso gli idruri metalliciLimmagazzinamento allo stato
liquido un processo molto costoso e complesso, per i nostri
scopi
utilizzeremo idrogeno gassoso immagazzinato in bombole alla
pressione di 350 bar, in futuro, quando la tecnologia sar
sufficientemente matura, prenderemo in considerazione gli idruri
metallici.
Gli idruri metallici sono leghe di magnesio, alluminio, ferro o
lantanio con allinterno dei composti (di nichel, vanadio, titanio,
cromo, terre rare) in grado di assorbire idrogeno nello spazio
interatomico.
Il processo di CARICA-RILASCIO reversibile e si ottiene variando
la pressione e fornendo o asportando calore al sistema. Inoltre,
usando leghe con differenti composizioni, possibile ottenere
sistemi in grado di rilasciare lidrogeno a differenti
pressioni.
Questa reazione permette di stoccare lidrogeno allo stato solido
allinterno di contenitori in cui posto lidruro metallico in
polvere. La necessit di polverizzare lidruro si impone per
massimizzare la superficie di adsorbimento. Tramite questa
tecnologia lidrogeno immagazzinato in modo sicuro, occupando volumi
decisamente minori rispetto allo stoccaggio tradizionale in bombole
ad alta pressione.
Confronto con altri vettori energetici
Lidrogeno, rispetto agli altri vettori energetici, si diffonde e
disperde pi velocemente perch molto pi leggero dellaria. Nel caso
di una perdita lidrogeno meno soggetto al pericolo dincendio
rispetto alla benzina o al gas naturale perch si diffonde
velocemente diluendosi e diventando poco pericoloso. Se viene
raggiunta una concentrazione sufficiente, lidrogeno tende a
bruciare con una fiamma piuttosto che esplodere.
Come dimostrato da un esperimento eseguito in Canada (Vedi
immagine) quando lidrogeno prende fuoco, la fiamma ha un basso
livello di calore radiante e quindi non surriscalda le zone
vicine.
Lidrogeno un combustibile non tossico e non inquinante e questo
un notevole vantaggio rispetto ai combustibili fossili
tradizionali.
Tuttavia lidrogeno presenta anche degli svantaggi:
Diluito in aria ha una grande infiammabilit, pu prendere fuoco e
bruciare in concentrazioni comprese tra il 4% e il 75%.
E incolore, inodore, e la fiamma non visibile alla luce del
giorno, questi sono fattori di rischio per la salute e sicurezza se
non sono presenti adeguati sistemi di controllo e segnalazione.
In ogni modo, considerando tutte queste propriet, gli esperti
sostengono che lidrogeno pi sicuro rispetto ai combustibili che
stiamo utilizzando.
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CELLE A COMBUSTIBILE (FUEL CELLS) Generatori di energia potenti
e puliti
Cos
Le celle a combustibile sono dei sistemi elettrochimici capaci
di convertire lenergia chimica di un combustibile (in genere
idrogeno) direttamente in energia elettrica, senza lintervento
intermedio di un ciclo termico, e pertanto presentano rendimenti di
conversione pi elevati rispetto a quelli delle macchine termiche
convenzionali. Il loro rendimento totale si attesta attorno al 50%,
ci significa che lenergia elettrica prodotta rapportata al
combustibile utilizzato, costa meno della met dellenergia prodotta
con sistemi tradizionali.
Una singola cella produce normalmente circa 0,7 V, quindi per
ottenere la potenza e il voltaggio desiderato pi celle sono
disposte in serie, a mezzo di piatti bipolari, a formare il
cosiddetto stack.
Gli stack a loro volta sono assemblati in moduli, per ottenere
generatori della potenza richiesta.Laspetto che conferisce ancora
pi importanza strategica alle celle a combustibile, consiste nella
assenza
totale di emissioni inquinanti in atmosfera, infatti la cella a
combustibile converte per via elettrochimica (senza combustione)
lidrogeno e lossigeno dellaria direttamente in corrente elettrica,
generando come sottoprodotto del processo acqua calda e calore.
Esistono diverse tecnologie di cella, con diverse
caratteristiche e grado di sviluppo. Normalmente le celle sono
classificate sulla base dellelettrolita utilizzato (celle alcaline,
a elettrolita polimerico, ad acido fosforico, a carbonati fusi, a
ossidi solidi) o alla temperatura di funzionamento (celle a bassa e
alta temperatura).
Le celle ad elettrolita polimerico (PEM, Polymer Electrolyte
Membrane), usano come elettrolita una membrana polimerica a elevata
conducibilit protonica e funzionano a temperature comprese tra 70 e
100 C;
Standard FC-module for all applications
20 modules
3 modules
City bus aggregate
1 module
Genset
(APU, UPS)
fork lift aggregate
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sono sviluppate soprattutto per la trazione elettrica e la
generazione/cogenerazione di piccola taglia (1-250Kw). Si stanno
affermando come tipologia di punta sia dal punto di vista
produttivo che commerciale.
Come funziona
Una cella a combustibile funziona in modo analogo ad una
batteria, in quanto produce energia elettrica attraverso un
processo elettrochimico, a differenza di questultima, tuttavia,
consuma sostanze provenienti dallesterno ed quindi in grado di
funzionare senza interruzioni, finch al sistema viene fornito
combustibile (idrogeno) e ossidante (ossigeno e aria).
Schema di funzionamento di una cella a combustibile.
Caratteristiche
Le celle a combustibile, in versione trazione o stazionaria,
presentano numerosi vantaggi nei confronti dei sistemi
tradizionali: un rendimento elettrico superiore a quello degli
impianti convenzionali con valori che vanno dal 40 al 60%; la
modularit che permette di accrescere la potenza installata via via
che cresce la domanda di energia elettrica, con notevoli risparmi
sul piano economico e con tempi di costruzione che possono
risultare notevolmente ridotti; unefficienza indipendente dal
carico e dalle dimensioni dellimpianto (il rendimento delle celle
poco sensibile alle variazioni del carico elettrico, diversamente
da quanto avviene con gli impianti convenzionali); un ridottissimo
impatto ambientale sia dal punto di vista delle emissioni gassose
sia di quelle acustiche, il che consente di collocare gli impianti
anche in aree residenziali; la possibilit di cogenerazione, il
calore generato pu essere disponibile a diversa temperatura, in
forma di vapore o acqua calda, e impiegato per usi sanitari,
condizionamento di ambienti, etc.
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BATTERIA AD IDROGENOLa batteria di nuova concezione
Cos
La nostra idea quella di sostituire le attuali batterie al
piombo-acido presenti sui carrelli elevatori con le batterie ad
idrogeno.
La scelta dei carrelli elevatori come base di partenza per la
sperimentazione data dal fatto che sono veicoli elettrici gi pronti
per accogliere questa tecnologia, basta infatti sostituire la
batteria tradizionale con la nostra Batteria ad idrogeno ed il
carrello pronto a lavorare come prima.
Le dimensioni del cassone che contiene la batteria tradizionale
sono abbastanza ampie per contenere le bombole didrogeno, una cella
a combustibile e gli altri particolari, impiantistici ed
elettronici, necessari per il corretto funzionamento del sistema;
allesterno del cassone sono presenti solamente il connettore
elettrico ed il bocchettone per il rifornimento di idrogeno.
Quando la scorta didrogeno a bordo finisce, le bombole, che
diventano a tutti gli effetti il serbatoio di carburante del
carrello elettrico, possono essere agevolmente riempite sul posto
in pochi minuti, garantendo una continuit di funzionamento non
possibile con gli attuali accumulatori elettrici.
Per il riempimento delle bombole vuote sar studiato ed
installato presso il cliente un distributore di idrogeno.
Lattuale prototipo ha una potenza massima di 38 kW @ 80 V,
comunque possibile costruire cassoni contenitivi di varie
dimensioni e di progettare sistemi per carrelli di potenza
diversa.
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Confronto tra la batteria tradizionale e la batteria ad
idrogeno
La sostituzione della tradizionale batteria al piombo-acido con
il nostro sistema ha molti vantaggi, ad esempio:
Ricarica rapida (nellordine di qualche minuto), il carrello
elettrico pu effettuare pi turni senza lunghe soste di ricarica
(10-14 ore) o senza sostituzione tra un turno e laltro di batterie
a rotazione.
Bassa manutenzione.
Non necessita il rabbocco dellacqua distillata come sulle
batterie, questa operazione, se trascurata o fatta male, una delle
cause principali del deterioramento della batteria al
piombo-acido.
Autonomia maggiore (in funzione del serbatoio didrogeno
applicato).
Durata maggiore: 40.000 ore contro le 15.000 delle batterie
tradizionali.
Possibilit di rigenerazione sostituendo le membrane della cella
(ad una frazione del costo totale della batteria)
Rendimento globale maggiore rispetto alle batterie tradizionali
che dellordine dello 0,8.
Costo potenziale minore (quando le celle a combustibile saranno
prodotte in serie).
Nessuna emissione di gas di scarico dannosi (viene prodotta
acqua sotto forma di vapore).
Eliminazione del costo derivante dalla necessit di smaltimento,
a norma di legge, delle batterie al piombo acido e del relativo
impatto ambientale.
Possibilit di sostituire i carrelli elevatori termici (motore a
combustione interna) con quelli elettrici, pi facili da
manovrare.
Suddivisione del costo della stazione di rifornimento su tutto
il parco carrelli.
Minimi requisiti di sicurezza richiesti.
Possibilit di costruire il carrello con celle a combustibile
integrate in modo da ottimizzare design e prestazioni.
Tuttavia sono presenti alcuni punti di debolezza:
Peso minore (potrebbe essere necessario zavorrare il carrello
per mantenere la stabilit necessaria).
Difficolt daccensione alle basse temperature.
Prezzo elevato.
Tecnologia allo stato pre-produttivo.
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PROSPETTIVE FUTURE Idrogeno come vettore energetico
Lidrogeno gode oggi di un crescente supporto e popolarit, negli
Stati Uniti, in Europa e in Giappone soprattutto per gli
autoveicoli a celle a combustibile, mossi direttamente
dallidrogeno. Lintroduzione su vasta scala di un mezzo cos
innovativo di trasporto unavventura difficile e perigliosa, in
quanto richiede simultaneamente sia lo sviluppo di un nuovo sistema
di distribuzione sia di nuovi veicoli.
Lidrogeno, cos come lelettricit, solamente un portatore di
energia: non disponibile in natura in quantit adeguate, deve essere
prodotto a partire da altre fonti energetiche primarie. Esso oggi
estratto e utilizzato dallindustria chimica e petrolifera su larga
scala (30 milioni di tonnellate allanno nei Paesi industrializzati
dellarea Ocse, sufficienti per alimentare ben 80 milioni di
vetture), a partire dal gas naturale e a basso costo: alla
produzione, esso costa meno della benzina, a parit di valori
energetici. Nei Paesi Ocse la sua produzione assorbe oggi il 2% di
tutta lenergia primaria, confrontato ad esempio col 7% del
nucleare.
Lattuale entusiasmo per lidrogeno dato da tre vantaggi che gli
conferiscono un grande valore politico: 1) la sua combustione non
produce emissioni, in quanto il prodotto finale semplicemente
acqua; 2) non produce anidride carbonica (CO2), almeno quando lo si
utilizza; 3) pu essere prodotto da svariate fonti energetiche e
quindi riduce la dipendenza energetica estera, soprattutto dal
petrolio.
Unaltra grande motivazione da identificarsi con il problema del
cambiamento climatico. Nel futuro le emissioni globali di CO2
dovranno declinare fortemente - ben pi di quanto richiesto dal
protocollo di Kyoto - al fine di stabilizzare il cambiamento
climatico. A tale fine sono necessarie tecnologie radicalmente
innovative. Quindi lidrogeno va considerato principalmente come una
valida soluzione a lungo termine per leliminazione dellanidride
carbonica. Ad esempio, unautomobile in media emette ogni anno una
quantit di CO2 pari a ben quattro volte il suo peso. Analisi
correnti mostrano come una riduzione delle emissioni globali di CO2
del 30% (quanto dovuto allintero settore dei trasporti), a partire
dal 2040, porterebbero ancora la CO2 ad un livello pari a ben due
volte la concentrazione pre-industriale, con un aumento del 300%
degli effetti climatici da noi oggi sofferti.
Quindi, lintroduzione dellidrogeno, per essere efficace, dovr
essere estesa anche alle applicazioni energetiche diverse dai
trasporti, che assorbono i 2/3 dellenergia primaria. E necessario
puntare ad una vasta visione di un economia basata
sullidrogeno.
Che ci sia lontano dallessere unutopia e che sia invece
possibile confermato dallesempio dellIslanda. Il governo islandese
ha preso nel 1999 limportante decisione di puntare progressivamente
sulla graduale sostituzione dei combustibili fossili con lidrogeno,
prodotto localmente a partire dalla geotermia, con lobiettivo di
creare un sistema paese energeticamente autosufficiente,
integralmente basato sullidrogeno e sullelettricit. Lidrogeno,
prodotto a partire dallelettrolisi dellacqua, sostituir
progressivamente limportazione di combustibili fossili. Tale
transizione, peraltro gi iniziata, richieder tuttavia tempi
considerevoli per essere completata.
Le molteplici e coraggiose iniziative italiane che indicano la
presenza di grandi potenzialit di ricerca andrebbero, seguendo
lesempio dellIslanda, convogliate verso un vasto progetto diretto a
realizzare unisola basata sullidrogeno in tutti i suoi
impieghi.
Estratto dallarticolo: Lidrogeno unica chiave del futuro di
Carlo Rubbia, Corriere della Sera, Agosto 2003
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Specifiche tecniche Batteria ad idrogeno
Tensione del sistema 80 V
Potenza nominale cella a combustibile 18 kW
Potenza fornita dagli ultracapacitori 20 kW
Potenza massima del sistema 38 kW
Combustibile Idrogeno 5.0
Capacit serbatoio 2 x 40 l
Pressione serbatoio 350 bar
Autonomia (in condizioni di lavoro medie) 8 ore
Tempo di rifornimento < 5 minuti
Raffreddamento a liquido, integrato nello stack
Dimensioni cassone di contenimento
Larghezza 90 cm
Profondit 80 cm
Altezza 105 cm
OptionalSerbatoi idrogeno maggiorati
Convertitore DC/AC o DC/DC
E possibile costruire Batterie ad idrogeno di diverse
caratteristiche, contattate il nostro ufficio tecnico per ulteriori
informazioni.
Le specifiche tecniche possono variare senza preavviso.
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